Laserstrahl auf großer Fläche erkennen

**Shiva** · 17.02.2019, 11:45

Hallo,

ich will auf einer größeren Fläche den "Beschuss" durch einen Laserstrahl erkennen können. Der Laser ist rot, relativ schwach (Laserklasse 1, soll auch so sein). Der Sensor soll zwischen 2-5cm Durchmesser haben. Der Laserstrahl kommt von vorn und trifft in einem recht engem Winkel (also 90°, plus minus 10°) auf das Ziel auf. Das was mir an Photozellen bekannt ist, ist alles zu klein. Eine Folie über die Zelle scheint den Laserstrahl zu streuen und funktioniert, ist aber relativ unzuverlässig.

Meine Frage: Hat jemand eine Idee wie man sowas machen könnte? Ach ja, das Hardware-Zeugs neu für mich, bei Elektronik bin ich noch Anfänger.

Viele Grüße

PS: Dieses Posting hier ist mein erstes Posting. Falls ich was falsch gemacht habe, bitte gnädig sein.

**Gnom67** · 17.02.2019, 12:08

Hallo!

Ich bin nicht sicher, ob ich die Aufgabenstellung richtig verstehe.

Es wird ein Laserstrahl auf eine "größere Fläche" geschossen? Da denk ich an eine 3x5 Meter große Wand... Du meinst aber mit "größere Fläche" eine (runde) Fläche mit 2-5 cm Durchmesser?

Wenn ja, dann nimm doch einfach eine Linse, die den Strahl von der größeren Fläche (Linsenoberfläche) auf eine kleinere Fläche (Sensor im Brennpunkt der Linse) fokussiert. Brauchst dazu natürlich hinter der Linse etwas Abstand (entsprechend der Brennweite der Linse), um den Sensor im Brennpunkt anzubringen.
(Vielleicht so ne Fresnel-Linse oder auch sowas.)

**White_Fox** · 17.02.2019, 12:12

Erkläre mal bitte genauer, wie du dir das vorstellst. Trifft der Laserstrahl den Sensor direkt? Oder willst du eine größere Fläche beobachten und feststellen "Da ist ein roter Punkt"?

**Shiva** · 17.02.2019, 13:52

Zitat von White_Fox

Erkläre mal bitte genauer, wie du dir das vorstellst.

Zum Gerät:

Es soll eine Trainingshilfe für Sportschützen gebaut werden. Trainiert werden soll Haltekraft (also die Fähigkeit eine Waffe lang genug halten zu können) und Halteruhe (die Fähigkeit eine Waffe ruhig zu halten). Die Idee ist es, dass der angehende Sportschütze eine Laserpistole und Zusatzgewichte nimmt und den roten Punkt auf ein Ziel ausrichtet.

Beim Training der Haltekraft ist Präzision nicht so wichtig, daher ein möglichst großer Zielbereich. Im Prinzip kann man die Haltekraft auch ohne Laser trainieren, einfach ein Gewicht am ausgestrecktem Arm halten. Das mit dem Laser soll das Training um einen Wettkampf-Aspekt (Zeitmessung) bereichern und spannender machen. Training der Haltekraft ist tendenziell Kraftausdauer.

Beim Training der Halteruhe wird mit dem echtem Waffengewicht gearbeitet und die Laserpistole muss deutlich kürzer auf das Ziel ausgerichtet werden. Z.B. für 15 Sekunden. Ziel ist es einen möglichst kleinen Streukreis zu erreichen. Meine Gedanke ist, dass ich das gleiche Gerät wie für Haltekraft nehme, aber eine Papierscheibe mit einem Loch davor hänge. Das Loch ist dann der Halteraum der erreicht werden soll.

Neben einem Laserdetektor hätte das Gerät dann noch ein paar LEDs um Kommandos zu signalisieren, ein Display zur Zeitanzeige und einen Schalter zur Auswahl des Trainingsmodus.

Als dritte Trainingsidee könnte man mit dem Gerät eventuell noch Duell trainieren (3 Sekunden Schusszeit, 7 Sekunden Pause, 3 Sekunden Schusszeit, ...).

Zur technischen Umsetzung habe mir einen Arduino-Kasten gekauft und damit die Schaltung aufgebaut. Klappt auch soweit auch. Die Software ist für mich als Informatiker nur eine Fingerübung. Die letzte Komponente ist der Laserdetektor. Im Versuchsaufbau habe ich einen Fotowiderstand genommen. Laut Beschreibung müsste der eigentlich träge reagieren, klappt aber prima. Dummerweise hat der nur einen Durchmesser von rund 3mm. Für den Versuchaufbau gut, für das Endgerät viel zu wenig.

@Gnom67:
Linsen funktionieren nicht, der Laserstrahl müsste absolut senkrecht auftreffen, sonst wird der Brennpunkt abgelenkt. Was leidlich funktioniert ist die Verpackungsfolie, die fächert den Laserstrahl soweit auf, dass der Fotowiderstand genügend Licht bekommt um über den Signallevel zu kommen. Allerdings ist die Verpackungsfolie recht ungenau, manchmal klappt es, manchmal nicht.

Im Arduino-Kasten ist ein Bewegungsmelder mit einer grauen Kuppel oben drüber. Laut Beschreibung ist unter der Kuppel ein Infrarot-Detektor, die Kuppel könnte daher eine mögliche Lösung sein, allerdings habe ich Hemmungen nur mal so den Bewegungsmelder kaputt zu machen.

**Gnom67** · 17.02.2019, 14:26

Das klingt mir eigentlich nach einer Aufgabe für Bildverarbeitung.
Die Kandidaten könnten auf eine Mattscheibe zielen, hinter der eine Kamera den Laserpunkt auf der Mattscheibe filmt und auswertet.
Mit OpenCV könnte man sowas machen. Ich kenne das Programm selbst nicht, aber es gibt auf Youtube einige interessante Videos. Für das Programm dürfte es kein großes Problem sein, den Laserpunkt zu erkennen und die Position zu bestimmen. Aus vielen Bilddaten (mehrere Bilder pro Sekunde) könnte man dann leicht ein Profil erstellen (durchschnittliche Entfernung vom Mittelpunkt, maximale Entfernung vom Mittelpunkt und vieles mehr). Technisch wäre das eher was für einen RaspberryPi.
Mit einer 5MP-Kamera für 5 Euro kommst du in den Bereich von Millimetern bis Zehntelmillimetern und kannst eine riesige Fläche filmen.

Hier hat jemand (offenbar mit OpenCV) ein Laserzielscheibe gebaut.
Hier sieht man, wie ein Laserpunkt erkannt und die Position und Winkel bestimmt werden...
Hier wird ein Laserpunkt auf einer Wand verfolgt und der Pfad mit einem Videoprojektor auf der Wand nachgezeichnet.
Hier sieht man ebenfalls, wie ein Laserpunkt auf der Wand verfolgt wird.

Was die Linse angeht... die Übungen werden doch aus einiger Entfernung gemacht... da kann der Winkel doch nur sehr geringfügig abweichen - der Schütze zappelt ja nicht ellenweit nach links und rechts. Die maßgebliche Abweichung kommt doch eher aus der unterschiedlichen Größe der Schützen und damit unterschiedlichen Haltehöhe der Waffe. Der Brennpunkt dürfte sich da doch nur minimal verschieben... Müsste das nicht reichen?

**ARetobor** · 17.02.2019, 14:27

Hallo,
warum nimmst du keine Kamera?
Die Raspberry Pi Kamera kann 90 fps.
Zitat
Die Software ist für mich als Informatiker nur eine Fingerübung.
Zitat Ende
Gruß

**White_Fox** · 17.02.2019, 15:40

Die Überlegung das über eine Kamera zu machen hatte ich auch schon. Schwarzer Hintergrund, Pixel mit dem höchsten Rotanteil suchen und Verwacklung erfassen. Das hätte den Vorteil daß du dir um die Elektronik kaum Gedanken machen mußt, der von ARetobor vorgeschlagene Raspberry kann auch etwas mehr als der schwachbrüstige Arduino und kostet auch nicht die Welt.

Ansonsten wären viele Photodioden vielleicht noch eine Option, die du dicht nebeneinander auf einer Platine unterbringst. Aber das wird teuer (eigene Platine fertigen lassen), aufwändig, ... das wird für dich wahrscheinlich rausfallen, auch wenn die eigentliche Elektronik noch trivial ist. Und ob das dann gut funktoniert (z.B. Laser trifft zwischen zwei Photodioden auf) ist wieder eine andere Frage.

Eine andere Idee wäre vllt. noch etwas Parabolspiegelartiges zu nehmen, daß den Laser immer auf diesselbe Stelle lenkt. Aber der Hardwareaufbau ist auch wieder mehr Rumgebastel als die Raspberryvariante...und in der Softwareecke bist du ja mehr zu Hause.

**ARetobor** · 17.02.2019, 16:03

Ich dachte er an:
diffuses Glas bzw Plaste und die Kamera da hinter.
vielleicht geht auch Mattglas.

Gruß

PS
je kleiner der Abstand um so größer die Auflösung, oder umgekehrt.